Als kleines Projekt in einem Kurs für Raumfahrzeugdesign muss ich eine Mission zum Saturnmond Titan planen. Die empfohlene Flugbahn ist der Hohmann-Transfer, da es einfach ist, das Delta-V und die Startfenster zu berechnen. Mein Problem ist, dass mein Delta-v nach einer schnellen Berechnung mehr als 20 km / s beträgt, nur um eine Transferbahn um den Saturn zu bekommen. Kann man davon ausgehen, dass das Delta V des Abflugs vollständig von der Trägerrakete vorgegeben wird, die es um etwa 10 km/s reduziert?
Ich habe mich von der Dokumentation der Cassini-Mission inspirieren lassen, und sie haben sich entschieden, keine Hohmann-Übertragung zu verwenden. Diese Entscheidung wurde durch die Tatsache begründet, dass die damals leistungsstärkste Trägerrakete nicht genug Delta V liefern konnte. Es fehlten etwa 2 km/s. Ist es realistisch, diese Mission mit Hohmann-Transfer unter Berücksichtigung neuerer Trägerraketen und leichterer Raumfahrzeuge (Cassini wog 2.523 kg) zu planen, oder ist es notwendig, Schwerkraftunterstützungen zu verwenden?
Ich bin ziemlich zuversichtlich, dass in absehbarer Zukunft jede Mission zum Saturn oder überhaupt irgendwo jenseits des Jupiters einen Vorbeiflug am Jupiter beinhalten wird, weil er eine so enorme Gravitationsunterstützung bietet.
Der beste Weg, um eine gute Schwerkraftunterstützung herauszufinden, ist das Spielen mit dem Flugbahnbrowser der NASA . Es erlaubt leider nicht, optimale Lösungen für Monde zu finden, aber Sie können eine für Saturn finden. Von dort aus müssen Sie das erforderliche Delta v hinzufügen, um eine Orbitalmission durchzuführen, vorausgesetzt, Sie befinden sich auf C3.
Es macht keinen Sinn zu sagen, dass "das Delta V des Abflugs vollständig von der Trägerrakete vorgegeben wird, wodurch es um etwa 10 km / s reduziert wird". Nur weil eine andere Stufe verwendet wird, um das Manöver durchzuführen, bedeutet das nicht, dass es das Delta-V reduziert. Sie werden höchstwahrscheinlich in LEO in eine Parkbahn starten, bevor Sie in eine Umlaufbahn um den Saturn einfliegen. Sobald Sie sich in dieser Parkumlaufbahn befinden, macht es keinen Unterschied, ob das Delta-V von einer oberen Stufe der Trägerrakete oder vom Raumfahrzeug selbst kommt - Sie verteilen die Masse nur anders.
Insgesamt möchten Sie natürlich die Trägerrakete verwenden, um so viele Manöver wie möglich durchzuführen, damit Sie die leere Masse loswerden können, um zukünftige Manöver effizienter zu gestalten.
Die Frage, wie realistisch ein Hohmann-Transfer für dieses Szenario ist, bleibt Ihnen überlassen. Wie in den Kommentaren erwähnt, wird jede Mission zu den äußeren Planeten Schwerkraftunterstützung erfordern, basierend auf den aktuellen Fähigkeiten menschlicher Raumfahrzeuge. Neue Verbesserungen bei Raketenmotoren und Treibstoffen könnten in Zukunft einen einfacheren Ansatz ermöglichen, aber die bedeutendere Alternative ist die Verwendung von Ionentriebwerken (oder vielleicht Sonnensegeln), um einen interplanetaren Transfer mit einem geringen, kontinuierlichen Schub zu erreichen. Obwohl die Verwendung dieses Ansatzes die Betrachtung der Flugbahn vollständig ändert, da wir keine sofortigen Geschwindigkeitsänderungen annehmen können.
Da es sich um ein Kursprojekt handelt, würde ich diese Strategie vorschlagen: Verwenden Sie trotzdem einen Hohmann-Transfer, erkennen Sie jedoch die Einschränkungen von Delta-V an und zeigen Sie möglicherweise sogar Sensitivitätsstudien darüber, wie sich die maximale Masse des Raumfahrzeugs basierend auf verschiedenen Trägerraketen ändert (oder variieren Sie einfach die Isp für Ihren Treibstoff) sowie wie sich das erforderliche Delta-V (und/oder Isp) basierend auf einer gegebenen Masse des Raumfahrzeugs ändert. Andernfalls ist die Planung einer völlig realistischen Mission zum Titan ohne Schwerkraftunterstützung oder ein deutlich kleineres Raumschiff unmöglich.
TildalWelle
Tonio